RU2296318C1

RU2296318C1 - Humidity capacitive transducer

Info

Publication number: RU2296318C1
Application number: RU2005137258/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Галушкин (RU); Сергей Сергеевич Галушкин
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-03-27

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: humidity capacitive transducer can be used when checking humidity of loose materials in chemical, ore-mining industry, construction industry etc. Humidity capacitive pickup has case made of metal outer and of dielectric internal cups, movable rod onto which rod the dielectric base is mounted together with pin electrodes mounted in it. Transducer also has motionless rod disposed inside movable rod; piston is fastened to the rod. Through openings are made inside piston, which openings have to be aligned with pin electrodes. There are also two groups of sprayers fastened to case.

EFFECT: reduced error of measurement.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при контроле влажности сыпучих материалов в химической, горно-обогатительной, строительной и других отраслях промышленности.The present invention relates to the field of measuring equipment and can be used to control the moisture content of bulk materials in the chemical, mining, construction and other industries.

Известен датчик влажности, патент США №42887426 кл. G 01 R 27/26, который состоит из двух групп игольчатых электродов. Группы вмонтированы в диэлектрическую подложку по окружности, образуя игольчатый коаксиал. Этот датчик обладает существенными недостатками. Во-первых, в нем отсутствует устройство очистки электродов, что приводит к значительной погрешности измерений при использовании его для контроля в технологических потоках. Во вторых, в этом датчике не предусмотрен учет краевого эффекта, что не дает возможности заранее рассчитать и учесть в последующих измерениях рабочую емкость первичного преобразователя.Known humidity sensor, US patent No. 42887426 C. G 01 R 27/26, which consists of two groups of needle electrodes. The groups are mounted in a dielectric substrate in a circle, forming a needle-shaped coaxial. This sensor has significant drawbacks. Firstly, it does not have a device for cleaning electrodes, which leads to a significant measurement error when used for monitoring in process streams. Secondly, this sensor does not provide for the consideration of the edge effect, which makes it impossible to calculate and take into account the working capacity of the primary converter in subsequent measurements.

Известен прибор для определения влажности табака по а.с. №877426, кл. G 01 N 33/00. Датчик этого прибора выполнен в виде двух групп электродов в виде игл, каждая из которых разной длины. Цилиндрическая часть электродов одной полярности изолирована, а их концы и электроды другой полярности не изолированы. Однако этот датчик обладает следующими недостатками. Во-первых, чувствительность датчика за счет изолирования цилиндрической части длинных электродов значительно снижается. Во-вторых, очистка электродов не предусмотрена, а следовательно, он не применим для технологического контроля в автоматическом режиме. В-третьих, влияние краевой емкости приводит к увеличению погрешности измерений.A known device for determining the humidity of tobacco by and.with. No. 877426, cl. G 01 N 33/00. The sensor of this device is made in the form of two groups of electrodes in the form of needles, each of which is of a different length. The cylindrical part of the electrodes of one polarity is insulated, and their ends and electrodes of the other polarity are not insulated. However, this sensor has the following disadvantages. Firstly, the sensitivity of the sensor due to the isolation of the cylindrical part of the long electrodes is significantly reduced. Secondly, electrode cleaning is not provided, and therefore, it is not applicable for technological control in automatic mode. Thirdly, the influence of the edge capacitance leads to an increase in the measurement error.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является "Устройство для отбора и формирования проб дисперсных материалов" по а.с.№1465737, кл. G 01 N 1/20. Емкостный датчик в этом устройстве содержит корпус, состоящий из верхнего металлического и нижнего диэлектрического стаканов, первичный преобразователь, состоящий из диэлектрического основания и игольчатых электродов свободно и без зазора помещенных в отверстиях, выполненных в дне нижнего стакана, малого пневмоцилиндра, поршень которого ввинчен хвостовиком в торец штока толкателя, а нижняя крышка прикреплена к диэлектрическому основанию первичного преобразователя. При этом нижний стакан и основание первичного преобразователя выполнены из диэлектрика.The closest technical solution to the claimed one is "Device for the selection and formation of samples of dispersed materials" according to AS No. 1465737, class. G 01 N 1/20. The capacitive sensor in this device contains a housing consisting of an upper metal and a lower dielectric cups, a primary transducer consisting of a dielectric base and needle electrodes freely and without a gap placed in the holes made in the bottom of the lower cup, a small pneumatic cylinder, the piston of which is screwed by a shank into the end the pusher rod, and the bottom cover is attached to the dielectric base of the primary transducer. In this case, the lower glass and the base of the primary transducer are made of dielectric.

Однако известный датчик обладает существенными недостатками. Во-первых, в пространство между дном нижнего стакана корпуса и нижней поверхностью диэлектрического основания попадает влага и пылевидные частицы контролируемого материала. Это приводит к неполному выдвижению электродов, что увеличивает погрешность измерений.However, the known sensor has significant disadvantages. Firstly, moisture and dust particles of the controlled material get into the space between the bottom of the lower glass of the housing and the lower surface of the dielectric base. This leads to incomplete extension of the electrodes, which increases the measurement error.

Во-вторых, в этом устройстве заполнение полости датчика контролируемым материалом происходит снизу вверх, а уплотнение пробы - сверху вниз. Это приводит к увеличению погрешности измерений за счет неравномерной плотности контролируемого материала по высоте пробы.Secondly, in this device, the filling of the sensor cavity with controlled material occurs from the bottom up, and the sample is densified from top to bottom. This leads to an increase in measurement error due to the uneven density of the controlled material along the height of the sample.

В-третьих, эта конструкция датчика предполагает наличие пробоотборного устройства, которое может проникать в транспортные емкости (потоки) на незначительные расстояния от стенок, что значительно снижает представительность опробования, а следовательно, увеличивает погрешность измерений при технологическом контроле.Thirdly, this design of the sensor assumes the presence of a sampling device that can penetrate into transport containers (flows) at insignificant distances from the walls, which significantly reduces the representativeness of testing, and therefore increases the measurement error during technological control.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The technical result of the invention is to remedy these disadvantages.

Технический результат достигается тем, что в емкостный датчик влажности, состоящий из корпуса, выполненного из металлического наружного и диэлектрического внутреннего стаканов, подвижного штока, на котором закреплено диэлектрическое основание с вмонтированными в него штыревыми электродами, согласно изобретению в него дополнительно введены неподвижный шток, расположенный внутри подвижного штока, с закрепленным на нем поршнем, внутри которого выполнены соосные со штыревыми электродами сквозные отверстия, и две группы продувных форсунок, закрепленных на корпусе, а в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна для вывода из полости за поршнем мелкодисперсных частиц контролируемого материала.The technical result is achieved by the fact that in the capacitive humidity sensor, consisting of a housing made of a metal outer and dielectric inner cups, a movable rod, on which a dielectric base with pin electrodes mounted therein, according to the invention, a stationary rod located inside a movable rod, with a piston fixed on it, inside of which through holes are made coaxial with pin electrodes, and two groups of blowing forces approx fixed to the housing, and a dielectric base is provided with through windows for withdrawal from the cavity behind the piston of fine particles of the test material.

Достоинствами предлагаемого изобретения являются:The advantages of the invention are:

Во-первых, в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна и за счет энергии сжатого воздуха от продувных форсунок частицы контролируемого материала и влаги, попавшие в рабочее пространство датчика, выводятся наружу, что снижает погрешность измерений.Firstly, through-holes are made in the dielectric base and, due to the energy of compressed air from the blowing nozzles, particles of the controlled material and moisture that get into the sensor’s working space are brought out, which reduces the measurement error.

Во-вторых, заполнение рабочей полости датчика и уплотнение контролируемого материала происходят последовательно снизу вверх, что приводит к равномерной плотности пробы по всей ее высоте, а следовательно, к снижению погрешности измерений.Secondly, the filling of the working cavity of the sensor and the compaction of the controlled material occur sequentially from the bottom up, which leads to a uniform density of the sample over its entire height, and therefore, to reduce the measurement error.

В-третьих, датчик устанавливается в потоке материала на любом расстоянии от стенок транспортной емкости и ему не нужно дополнительного пробоотборного устройства, а уплотнение осуществляется за счет кинетической энергии падающего потока контролируемого материала.Thirdly, the sensor is installed in the material flow at any distance from the walls of the transport tank and it does not need an additional sampling device, and compaction is carried out due to the kinetic energy of the incident flow of the controlled material.

На фиг.1 представлен емкостный датчик влажности в продольном разрезе; на фиг.2 - горизонтальный разрез по диэлектрическому основанию.Figure 1 presents a capacitive humidity sensor in longitudinal section; figure 2 is a horizontal section along the dielectric base.

Емкостный датчик влажности по предлагаемому изобретению состоит из корпуса, выполненного из металлического наружного 1 и диэлектрического внутреннего 2 стаканов, диэлектрического основания 3 с закрепленными на нем штыревыми электродами 4. Диэлектрическое основание 3 со штыревыми электродами 4 жестко закреплено на полом подвижном штоке 5. Внутри полого подвижного штока 5 расположен неподвижный шток 6 с закрепленным на верхнем его конце поршнем 7. В нижней части корпуса на уровне верхней плоскости диэлектрического основания 3 и на его верхнем конце расположены две группы продувных форсунок, соответственно, 8 и 9.The capacitive humidity sensor according to the invention consists of a housing made of a metal outer 1 and a dielectric inner 2 cups, a dielectric base 3 with pin electrodes fixed thereon 4. A dielectric base 3 with pin electrodes 4 is rigidly fixed to the hollow movable rod 5. Inside the hollow movable rod 5 is a fixed rod 6 with a piston 7 fixed on its upper end 7. In the lower part of the housing at the level of the upper plane of the dielectric base 3 and on its upper at the end there are two groups of blowing nozzles, respectively, 8 and 9.

Емкостный датчик влажности работает следующим образом.Capacitive humidity sensor operates as follows.

В исходном состоянии полый подвижный шток 5 вместе с диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 находится в верхнем положении, т.е. диэлектрическое основание 3 прижато к поршню 7. При этом штыревые электроды 4 выдвинуты из поршня 7 вверх на их рабочую длину, а корпус датчика, состоящий из металлического стакана 1 и диэлектрического стакана 2, расположен внизу. В форсунки 9 подается поток сжатого воздуха, энергией которого сбиваются остатки сыпучего материала отработанной пробы. Затем корпус датчика медленно перемещается вверх до положения, когда его верхний торец окажется в плоскости верхних концов штыревых электродов 4. В процессе перемещения корпуса проба контролируемого материала засыпается в межэлектродное пространство снизу вверх. При этом уплотнение контролируемого материала за счет кинетической энергии падающего потока происходит снизу вверх, т.е. от нижних слоев, лежащих на поршне 7, до верхних слоев, расположенных на уровне верхних концов штыревых электродов 4. После чего производится первый отсчет электрической емкости датчика, которая определяется из выражения:In the initial state, the hollow movable rod 5 together with the dielectric base 3 and the pin electrodes 4 is in the upper position, i.e. the dielectric base 3 is pressed against the piston 7. In this case, the pin electrodes 4 are extended from the piston 7 up to their working length, and the sensor housing, consisting of a metal cup 1 and a dielectric cup 2, is located at the bottom. A stream of compressed air is supplied to the nozzles 9, with the energy of which the remains of the bulk material of the spent sample are knocked down. Then the sensor housing slowly moves up to the position when its upper end will be in the plane of the upper ends of the pin electrodes 4. During the movement of the housing, a sample of the controlled material is poured into the interelectrode space from the bottom up. In this case, the compaction of the controlled material due to the kinetic energy of the incident stream occurs from the bottom up, i.e. from the lower layers lying on the piston 7 to the upper layers located at the level of the upper ends of the pin electrodes 4. After that, the first reading of the sensor’s electric capacitance is made, which is determined from the expression:

Сизм₁=Смонт+Сраб_м+Ск,Sism ₁ = Smart + Srab _m + Sk,

где: Смонт - монтажная емкость, определяемая емкостью подводящих проводов и концов штыревых электродов 4, вмонтированных в диэлектрическое основание 3; Сраб_м - электрическая емкость, определяемая контролируемым материалом, приходящаяся на рабочую длину штыревых электродов; Ск - электрическая емкость края.where: Mount - mounting capacity, determined by the capacity of the lead wires and the ends of the pin electrodes 4 mounted in the dielectric base 3; Srab _m is the electrical capacitance determined by the controlled material per working length of the pin electrodes; Ck is the electric capacity of the edge.

После этого корпус датчика, состоящий из металлического наружного 1 и диэлектрического внутреннего 2 стаканов, а также подвижный шток 5 с закрепленными на нем диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 перемешаются вниз до положения, когда верхний торец корпуса и верхние концы штыревых электродов 4 станут заподлицо с верхней плоскостью поршня 7. Энергией струи сжатого воздуха от форсунок 8 рабочее пространство датчика продувается от попавших в него мелкодисперсных частиц пробы контролируемой материала. Затем производится второй отсчет электрической емкости датчика, которая определяется из выражения:After that, the sensor housing, consisting of a metal outer 1 and a dielectric inner 2 cups, as well as a movable rod 5 with a dielectric base 3 fixed on it and pin electrodes 4 are mixed down to the position where the upper end of the body and the upper ends of the pin electrodes 4 are flush with the upper plane of the piston 7. The energy of the jet of compressed air from the nozzles 8 the working space of the sensor is blown from the finely dispersed particles of the sample of the controlled material. Then, a second readout of the electric capacitance of the sensor, which is determined from the expression:

Сизм₂=Смонт+Сраб_в+Ск,Sism ₂ = Smart + Srab _in + Sk,

где: Смонт - электрическая емкость, определяемая электрической емкостью подводящих проводов и электрическая емкость нижних концов штыревых электродов 4, вмонтированных в диэлектрическое основание 3; Сраб_в - электрическая емкость, приходящаяся на рабочую длину штыревых электродов 4, помещенных в воздухе; Ск - электрическая емкость края.where: Smont is the electric capacitance determined by the electric capacitance of the lead wires and the electric capacitance of the lower ends of the pin electrodes 4 mounted in the dielectric base 3; Srab _in - electrical capacitance per working length of the pin electrodes 4 placed in the air; Ck is the electric capacitance of the edge.

Теперь, если взять разницу двух измерений, то можно получить величину электрической емкости, вносимой контролируемым материалом и приходящуюся на рабочую длину электродов 3 (ΔСм=Сизм₁-Сизм₂).Now, if we take the difference between the two measurements, we can get the value of the electric capacitance introduced by the controlled material and falling on the working length of the electrodes 3 (ΔCm = Sism _1- Sism ₂ ).

После этого полый подвижный шток 5 вместе с закрепленными на нем диэлектрическим основанием 3 и штыревыми электродами 4 поднимается вверх, т.е. ставится в исходное состояние.After that, the hollow movable rod 5 together with the dielectric base 3 and the pin electrodes 4 fixed thereon rises, i.e. is initialized.

Использование емкостного датчика по предлагаемому изобретению позволит вести контроль сыпучей среды в технологических потоках с меньшими погрешностями за счет того, что он обладает достоинствами:The use of a capacitive sensor according to the invention will allow to control the granular medium in the process flows with less errors due to the fact that it has the advantages of:

1 - в диэлектрическом основании выполнены сквозные окна, через которые за счет энергии сжатого воздуха от форсунок 8 из рабочего пространства датчика выводятся мелкодисперсные частицы контролируемого материала, создающие неполное прижатие диэлектрического основания к поршню;1 - through holes are made in the dielectric base, through which, due to the energy of compressed air from the nozzles 8, fine particles of the controlled material are removed from the sensor working space, creating incomplete pressing of the dielectric base to the piston;

2 - заполнение полости датчика и уплотнение контролируемой среды производится снизу вверх, что приводит к равномерной плотности этой пробы по всей ее высоте.2 - filling of the sensor cavity and compaction of the controlled medium is carried out from the bottom up, which leads to a uniform density of this sample over its entire height.

3 - датчик устанавливается на любом расстоянии от стенок транспортной емкости, что позволяет не использовать каких-либо пробоотборных устройств;3 - the sensor is installed at any distance from the walls of the transport tank, which allows not to use any sampling devices;

4 - использование в качестве уплотняющего воздействия кинетической энергии падающего потока позволяет освободиться и от применения пробоформирующего устройства.4 - the use of the kinetic energy of the incident stream as a sealing action allows one to free oneself from the use of a sample forming device.

Claims

Capacitive humidity sensor, consisting of a housing made of metal outer and dielectric inner glasses, a movable rod, on which a dielectric base with pin electrodes mounted in it is fixed, characterized in that a stationary rod located inside the movable rod is additionally inserted into it, with a fixed on it is a piston, inside of which through holes are made coaxial with pin electrodes, and two groups of blowing nozzles mounted on the housing, and in dielectric Through the base, through-holes were made for withdrawing fine particles of the controlled material from the cavity behind the piston.